wyk.ad 1 cz.steczki -orbitale - jagiellonian universitylojewska/wyklady/wyklad17... · 2008. 1....
TRANSCRIPT
3.3.Co to jest wiCo to jest wiąązanie chemiczne?zanie chemiczne?
1.1.Dlaczego atomy Dlaczego atomy łąłączcząą sisięę w czw cząąsteczki?steczki?
2.2.Jak atomy Jak atomy łąłączcząą sisięę w czw cząąsteczki?steczki?
CzCząąsteczkisteczki
Co to jest rzCo to jest rząąd wid wiąązania?zania?
Jakie sJakie sąą typy witypy wiąązazańń??
Dlaczego atomy Dlaczego atomy łąłączcząą sisięę??
Opis termodynamicznyOpis termodynamicznyOpis kwantowyOpis kwantowy
CzCząąsteczki steczki homojhomojąądrowedrowe
Jak atomy Jak atomy łąłączcząą sisięę??
Liniowa kombinacja orbitali atomowych (LCAO)
Weźmy 2 atomy wodory i utwórzmy molekułę H2
bbaa cc ψψψ +=Jak utworzyJak utworzyćć orbitalorbital molekularny?molekularny?
+a b a b
Jak atomy Jak atomy łąłączcząą sisięę??
beaeabbeaebeae VVVVTTH ,,,,ˆˆˆˆˆˆˆ
−−− +++++=JakJakąą postapostaćć ma operator energii?ma operator energii?
energia kinetyczna elektronów energia potencjalna
elektronów w polu jąder
energia potencjalna jąder a i b
energia potencjalna elektronów z atomów a i b
Jak atomy Jak atomy łąłączcząą sisięę??
JakJakąą postapostaćć ma funkcja falowa molekuma funkcja falowa molekułły Hy H22??
)1()1( scsc bbaaMO ψψψ +=Przepis na orbital molekularny (MO): liniowa kombinacja orbitali atomowych
Cała sztuka przy poszukiwaniu funkcji falowej ΨMOsprowadza się zatem do poszukania wartości współczynników ca i cb
CaCałła sztuka przy poszukiwaniu funkcji falowej a sztuka przy poszukiwaniu funkcji falowej ΨΨMOMOsprowadza sisprowadza sięę zatem do poszukania wartozatem do poszukania wartośści ci wspwspóółłczynnikczynnikóów w ccaa i i ccbb
Jak atomy Jak atomy łąłączcząą sisięę??
JakJakąą postapostaćć ma funkcja falowa molekuma funkcja falowa molekułły Hy H22??
1)1()1(1)1()1(
2,
1,
=−=−=
==+=
babaMO
babaMO
ccssccss
ψψψψψψ
Liniowa kombinacja polega na tym, że z 2 orbitali atomowych powstają zawsze 2 orbitale molekularne, itd…Liniowa kombinacja polega na tym, Liniowa kombinacja polega na tym, żże z 2 orbitali e z 2 orbitali atomowych powstajatomowych powstająą zawsze 2 orbitale molekularne, zawsze 2 orbitale molekularne, itditd……
Jak atomy Jak atomy łąłączcząą sisięę??
JakJakąą postapostaćć ma gma gęęstostośćść prawdopodobieprawdopodobieńństwastwaΨΨ22
MOMO molekumolekułły Hy H22??
( )( )
( )( ))1()1(2)1()1(
)1()1(
)1()1(2)1()1(
)1()1(
222
2222,
222
2221,
ssssN
ssN
ssssN
ssN
baba
baMO
baba
baMO
ψψψψ
ψψψ
ψψψψ
ψψψ
−+=
=−=
++=
=+=
N – współczynnik normujący funkcję
Co to jest wiCo to jest wiąązanie?zanie?
a b+ +
)1()1(1, ss baMO ψψψ += 0
23
0
12 ar
ba ea
−
==ψψ
1sa 1sb
wzmocnienie
orbitalorbital wiwiążąążącycy
Co to jest wiCo to jest wiąązanie?zanie?
1sa
1sb
osłabienie - wygaszenie
)1()1(1, ss baMO ψψψ −=
a b+ - +
-
Co to jest wiCo to jest wiąązanie?zanie?
wzmocnienie2
1,MOψ
osłabienie
r
gęst
ość
praw
dopo
dobi
eńst
wa
a b r
gęst
ość
praw
dopo
dobi
eńst
wa
a b
Co to jest wiCo to jest wiąązanie?zanie?
orbital antywiążący
orbital wiążący
energia
Co to jest wiCo to jest wiąązanie?zanie?
poziomy energii elektronów
rozkład gęstości prawdopodobieństwa
EMO2
1sA
H2HA HB
1sB
MO1
Energy diagram
(a)
Electron probability distri
+ +
+ +(b)
Ha H2 Hb
1sa 1sb
Co to jest wiCo to jest wiąązanie?zanie?
*12,
11,
sMO
sMO
σψ
σψ
=
= orbitalorbital wiwiążąążącycy
orbitalorbital antywiantywiążąążącycy
Reguły zapełniania orbitali molekularnych:minimum energiizakaz Pauliegoreguła Hunda
Co to jest rzCo to jest rząąd wid wiąązania?zania?
R=ne na orbitalu wiążącym - ne na orbitalu antywiążącym
2
2
*ee nnR −
=
Jak przewidywaJak przewidywaććtrwatrwałłoośćść molekumolekułł??
Która cząsteczka istnieje?
H2+ H2 He2
+ He2 Li2+ Li2 Be2+ Be2
21
201=
−=R1s 1s
H H+
[ ] ( )112 sH σ=+
σ1s
σ*1s
12
02=
−=R
Która cząsteczka istnieje?
H2+ H2 He2
+ He2 Li2+ Li2 Be2+ Be2
Która cząsteczka jest bardziej trwała?
Jak przewidywaJak przewidywaććtrwatrwałłoośćść molekumolekułł??
1s 1s
H H
[ ] ( )212 sH σ=
σ1s
σ*1s
12
02=
−=R
Która cząsteczka istnieje?
H2+ H2 He2
+ He2 Li2+ Li2 Be2+ Be2
Która cząsteczka jest bardziej trwała?
21
201=
−=R
Jak przewidywaJak przewidywaććtrwatrwałłoośćść molekumolekułł??
21
212=
−=R
Która cząsteczka istnieje?
H2+ H2 He2
+ He2 Li2+ Li2 Be2+ Be2
Jak przewidywaJak przewidywaććtrwatrwałłoośćść molekumolekułł??
1s 1s
He He+
[ ] ( ) ( )1*1
212 ssHe σσ=+
σ1s
σ*1s
02
22=
−=R
Która cząsteczka istnieje?
H2+ H2 He2
+ He2 Li2+ Li2 Be2+ Be2
He2 nie istnieje
Jak przewidywaJak przewidywaććtrwatrwałłoośćść molekumolekułł??
1s 1s
He He+
[ ] ( ) ( )2*1
212 ssHe σσ=
σ1s
σ*1s
21
223=
−=R
Która cząsteczka istnieje?
H2+ H2 He2
+ He2 Li2+ Li2 Be2+ Be2
[ ] ( ) ( ) ( )122*
12
12 sssLi σσσ=+
Jak przewidywaJak przewidywaććtrwatrwałłoośćść molekumolekułł??
1s 1s
Li Li+
2s 2s
σ1s
σ*1s
σ2s
σ*2s
12
24=
−=R
Która cząsteczka istnieje?
H2+ H2 He2
+ He2 Li2+ Li2 Be2+ Be2
[ ] ( ) ( ) ( )222*
12
12 sssLi σσσ=
Która cząsteczka jest bardziej trwała?
Jak przewidywaJak przewidywaććtrwatrwałłoośćść molekumolekułł??
1s 1s
Li Li
2s 2s
σ1s
σ*1s
σ2s
σ*2s
21
234=
−=R
Która cząsteczka istnieje?
H2+ H2 He2
+ He2 Li2+ Li2 Be2+ Be2
[ ] ( ) ( ) ( ) ( )1*2
22
2*1
212 ssssBe σσσσ=+
Jak przewidywaJak przewidywaććtrwatrwałłoośćść molekumolekułł??
1s 1s
Be Be+
2s 2s
σ1s
σ*1s
σ2s
σ*2s
02
44=
−=R
Która cząsteczka istnieje?
H2+ H2 He2
+ He2 Li2+ Li2 Be2+ Be2
[ ] ( ) ( ) ( ) ( )2*2
22
2*1
212 ssssBe σσσσ=+
Be2 nie istnieje
Jak przewidywaJak przewidywaććtrwatrwałłoośćść molekumolekułł??
1s 1s
Be Be
2s 2s
σ1s
σ*1s
σ2s
σ*2s
Jakie sJakie sąą typy witypy wiąązazańń??
09_190
2py 2py
2px 2px
Antibonding
Bonding
σ2p
σ*2p
Antibonding
Bonding
π*2p
π2p
(b)
(a)
Jakie typy orbitali molekularnych tworzJakie typy orbitali molekularnych tworząą sisięęz orbitali atomowych typu p?z orbitali atomowych typu p?
Jakie sJakie sąą typy witypy wiąązazańń??
Jakie typy orbitali molekularnych tworzJakie typy orbitali molekularnych tworząą sisięęz orbitali atomowych typu z orbitali atomowych typu pp??
(a)
B B
ππ σ
Jakie sJakie sąą typy witypy wiąązazańń??
Z jakich orbitali tworzZ jakich orbitali tworząą sisięę wiwiąązania zania σσ??
s s+
s-orbital s-orbital σ-bonding MO
p p+
p-orbital p-orbital σ-bonding MO
s p
s-orbital
+
p-orbital σ-bonding MO
Jakie sJakie sąą typy witypy wiąązazańń??
Z jakich orbitali tworzZ jakich orbitali tworząą sisięę wiwiąązania zania ππ??
p p p d
Jakie sJakie sąą typy witypy wiąązazańń??
PrzykPrzykłładad
(a)
B B
B2 [ ] ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )121
22*
22
22*
12
12 ppssssB ππσσσσ=
2s 2s
σ1s
σ*1s
2p 2p
π2p
σ2p
π*2p
Jakie sJakie sąą typy witypy wiąązazańń??
PrzykPrzykłładad N2 [ ] ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )222
22
22*
22
22*
12
12 zyx pppssssN ππσσσσσ=
2s 2s2s 2s2s 2s
σ1s
σ*1s
σ*2p
2p 2p
π2p
σ2p
π*2p
E
Jakie sJakie sąą typy witypy wiąązazańń??
PrzykPrzykłładad O2 [ ] ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )1*2
1*2
22
22
22
2*2
22
2*1
212 zyzyx pppppssssN ππππσσσσσ=
2s 2s2s 2s2s 2s
2p 2p
σ1s
σ*1s
π2p
σ*2p
σ2p
π*2p
E
Jakie sJakie sąą typy witypy wiąązazańń??
PrzykPrzykłładad F2 [ ] ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )2*2
2*2
22
22
22
2*2
22
2*1
212 zyzyx pppppssssN ππππσσσσσ=
2s 2s2s 2s2s 2s
2p 2p
σ1s
σ*1s
π2p
σ*2p
σ2p
π*2p
E
E
σ2p*
π2p*
σ2p
π2p
σ2s*
σ2s
B 2 C 2 N 2 O 2 F 2
σ 2s
σ 2s*
σ 2p
π 2p
π 2p*
σ 2p*
Jakie sJakie sąą typy witypy wiąązazańń??
parapara
121121
495495
22
diadiadiadiadiadiaparaparamagnetycznomagnetycznośćść
143143110110131131159159DDłługougośćść
154154942942620620280280Energia dysocjacjiEnergia dysocjacji
11332211RzRząąd wid wiąązaniazania
Jakie sJakie sąą typy witypy wiąązazańń??
1.0
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
0.5 1 1.5 2 2.5 3
rząd wiązania
dług
ość
wią
zani
a O22-
O2-
O2
O2+
BaO2
KO2
O2PtF6
przykłady związków
CzCząąsteczki steczki heterojheterojąądrowedrowe
Jakie sJakie sąą typy witypy wiąązazańń??
09_199
H nucleus F nucleus
09_198
E
1s
HFmolecule
Hatom
Fatom
2p
σ
σ*
PrzykPrzykłładad HF
Jakie sJakie sąą typy witypy wiąązazańń??
PrzykPrzykłładad LiH
Jakie sJakie sąą typy witypy wiąązazańń??
wiwiąązania zania zdelokalizowanezdelokalizowane
Jakie sJakie sąą typy witypy wiąązazańń??
09_203
H H
H
H
H H
H H
H H
(a) (b)
H
H
09_202
H H
H
sp2
C C
C
CC
C
sp2
H1s
H
H H
PrzykPrzykłładad C6H6
Jakie sJakie sąą typy witypy wiąązazańń??
PrzykPrzykłładad NO2